Способ определения физических характеристик мерзлых пород

 

<Ä>958906

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к -авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.02.81 (21) 3243760/25-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

G 01 N 5/02.Гоаударстееллый комитет (53) УДК 624.131. .372/373:624.131.43:

:551.34 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень №34

Дата опубликования описания 25.09.82 по делам лзооретений и открытий (72) Авторы изобретения

П. И. Калашников, Ю. Ф. Судариков и Н. Н; щя;т аза продуктов

Всесоюзный научно-исследовательский институт ис в народном хозяйстве и подземного хранения нефт и сжиженных газов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

МЕРЗЛЫХ ПОРОД

Изобретение относится к лабораторным определениям физических характеристик в полевых условиях мерзлых .пород, теряющих связность при оттаивании, например, песков, супесей.

Изобретение может быть использовано при проведении инженерно-геологи- ческих изысканий под наземные и подземные сооружения в районах развития мерзлых пород.

Известны способы определения физи- 0 ческих характеристик мерзлых пород путем измерения веса или объема с последующим определением параметров по расчетным формулам (1).

Таким образом определяют объемную, массу и суммарную весовую влажность.

Льдистость мерзлых пород и количество незамерзшей воды в них определяют калориметрическим методом или по таким физическим характеристикам как влажность и пластичность (2).

Размокаемость талых пород или скорость их теплового разрушения определяют на приборе ПР конструкции Д. И. Знаменского—

В. И. Хаустова (3).

Недостатками известных способов является их трудоемкость и сложность оборудования.

Наиболее близким способом определения физических характеристик мерзлых, дисперсных пород по своей технологической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ совмещенного определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости (4).

Согласно известному способу объемную массу, суммарную влажность и суммарную льдистость определяют на одном образце мерзлой породы в сосуде, установленном на весах и заполненном водой. По этому способу использован принцип пикнометрического определения суммарной влажности, объемная масса определяется по весу и объему вытесненной образцом воды, а льдистость — по изменению объема системы вода + лед после растаивания в породе льда, причем изменение объема определяют весовым способом. Производят последовательное взвешивание сосуда, заполненного водой до мерной черты, при погружении в сосуд образца исследуемой породы, сосу958906 да с образцом после слива воды из сосуда до мерной черты, повторного взвешивания сосуда с водой и неоттаявшим образцом, долива в сосуд до мерной черты после полного разрушения образца и взвешивания сосуда с водой и разрушенным образцом.

Операции по определению массы, суммарной влажности и суммарйой льдистости сводятся таким образом к последовательному взвешиванию на чашечных или аналитических весах сосуда с водой и образцом породы массой, например, 1 — 2 кг.

Указанный способ имеет следующие недостатки: не производится определение скорости теплового разрушения образца; поддержание горизонтального уровня воды в сосуде в процессе его взвешивания и слива или долива воды из-за изменения положения чашки весов практически трудно осуществимо, что приводит к большим погрешностям производимых определений. При этом ошибки весовых и объемных измерений имеют однозначные погрешности, что сводит на нет контроль весовых измерений объемными или наоборот.

Цель -изобретения — одновременное определение на одном образце мерзлой дисперсной породы скорости теплового разрушения и упрощение технологии определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу, включающему заполнение сосуда водой до мерной черты, погружение в сосуд образца исследуемой породы, слив избытка воды из сосуда до мерной черты, долив воды в сосуд до мерной черты после полного разрушения образца с последующим расчетом физических характеристик по формулам, измеряют размеры образца, взвешивают его перед погружением в сосуд, замеряют изменение объема воды при погружении образца, фиксируют время полного теплового разрушения образца и изменение объема воды в сосуде в результате этого разрушения, а при расчете физических характеристик используют измеренные данные: вес образца и изменение объема воды в сосуде после погружения образца в сосуд и после его теплового разрушения.

На чертеже изображено устройство для реализации, предлагаемого способа, общий вид.

Устройство включает сосуд 1; сетку 2, мерную шкалу 3, подставку 4, юстировочные винты 5, нормальное положение уровня воды в сосуде 6, сливное отверстие с краном 7, образец мерзлой породы 8.

Предлагаемый способ реализуется в следующей технологической последовательности: берут сосуд 1 с сеткой 2 и мерной,шка,лой 3 и ставят на подставку 4, юстировочр

1ОО ЛЧ Ъ в (в л1 (2) (3) v = — — . (4);

Zt

av=v,— v, где Р

Ж/ — вес образца, г;

- объем образца, см, -уменьшение объема образца при оттаивании, см, — объем долитой воды в сосуд, см, — объем слившегося избытка воды из . сосуда, см;

-объемная масса, г/смз; — суммарная льдистость, объемные %; — суммарная влажность, весовые %;

V) 2 — скорость теплового разрушения, см/с;

d -диаметр образца, см;

-продолжительность теплового разрушения, с; у„,„ -плотность соответственно воды, льда и минерального скелета породы, г/смз.

Пример практического осуществления предлагаемого способа.

50 ными винтами 5 приводят в вертикальное положение, заполняют его водой до уровня 6, который определяется положением сливного отверстия с краном 7.

Образец мерзлой породы правильной формы, например цилиндрической, взвешивают на лабораторных весах с точностью

0,5 г, измеряют его диаметр и высоту с точностью до 0,1 мм и помещают в сосуд

1 на сетку 2 при закрытом кране 7. Изме10 ряют изменение объема воды в сосуде по мерной шкале 3. Открывают кран 7 и замеряют объем воды, вытесненной образцом 8 из сосуда 1, мерным стаканом с точностью

1 смэ. Одновременно включают секундомер и наблюдают за разрушением образца. По окончании теплового разрушения (оттайки) образца секундомер выключают. Далее берут измеренный объем воды и доливают в сосуд 1 при открытом кране 7. Одновременно замеряют объем избыточной воды, сли20 вающейся через кран мерным сосудом. Точность измерения доливаемой и сливающейся воды 0,5 смз. По разности долитой и слившейся воды рассчитывают уменьшение объема образца 8 в результате его оттайки.

Объемную массу, суммарные влажность и льдистость и линейную скорость теплового разрушения образца рассчитывают по следующим формулам

958906

20!75 Я 03 г/см

993,5

100 30 5. 1 Ъ050

993,5 (1 -0,92) 79,47 .

100 ЬЧД, V(3, -З,)

Ъ8,4% у 1005V3 р 100 30 5 ° 1 зc„(v(g>- л) ьчУ 2,б5(993,5(1-0,92) за

3050

4О

23%.

130,5

12, 68

2,178

0,0356 см/с

2t

Трудоемкость определения перечисленных физических характеристик по предла- 45 гаемому способу почти в семь раз меньше, чем по существующим методикам.

Способ реализован на практике в полевых условиях на цилиндрическом образце мерзлой породы, отобранном из керна разведочной скважины. Технология определения физических характеристик образца следующая. 5

Выпиливают цз цилиндрического керна образец, диаметр которого равен 126,8 мм (среднее из замеров в трех сечениях), вы-. сота 80,2 мм (среднее из замеров по противоположным образующим) . Вес образца при взвешивании на лабораторных весах оказался равным 2017,5 г. В сосуд диаметром 150 мм и высотой 400 мм, заполненный водой с температурой 14;8 C при закрытом кране, опускают образец на сетку, включают секундомер и открывают кран. В мерный цилиндр из сосуда слилось

993,5 смз воды. По, окончании теплового разрушения образца выключают секундомер, он показал 178 с. Налили в мерный стакан

50 см воды и выливают ее в сосуд, из сосуда слилось 19,5 смз воды. го

По полученным в процессе опыта данным производят расчеты объемной массы, суммарных влажности и льдистости и скорости теплового разрушения по приведенным выше формулам в следующей очередности: а) по результатам опыта: P = 2017,5 г;

V = 993,5 смз; ЕЧ = V> — Ч вЂ”вЂ” 50 — 19,5= =30,5 см, d = 12,68 см; t = 178 с; б) справочные данные Ув = 1 г/см;

)1л — — 0,92 г/смз. Xñê — — 2,65 г/смз (7) в) расчет определяемых характеристик:

По сравнению с существующим методом определения физических характеристик мерзлых пород на одном образце,. предлагаемый способ позволяет упростить оснащенность полевой лаборатории приборами, определить скорость теплового разрушения породы с одновременным определением объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости породы, существенно сократить трудозатраты на проведения лабораторных работ.

Форл ула изобретения

Способ определения физических характеристик мерзлых пород путем заполнения сосуда водой до мерной черты, погружения в сосуд образца исследуемой породы, слива избытка воды из сосуда до мерной черты, долива воды в сосуд до мерной черты после полного разрушения образца с последующим расчетом физических характеристик по формулам, отличающийся тем, что, с целью одновременного определения на одном образце скорости его теплового разрушения и упрощения технологии определения объемной массы, суммарной влажности и суммарной льдистости мерзлых пород, измеряют размеры образца, взвешивают его перед погружением в сосуд, замеряют изменение объема воды при погружении образца, фиксируют время полного теплового разрушения образца и изменение объема воды в сосуде в результате этого разрушения, а при расчете физических характеристик используют измеренные данные. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Мазуров Г. П. Физико-механические свойства мерзлых грунтов. Л., Стройиздат, 1975, с. 5 — 7.

2. Давыдочкин А. Н. Полевая оценка льдистости и просадочности глинистых грунтов. Труды совещания по инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения. М., АН СССР, 1957, с. 25 — 28.

3. Чаповский Е. Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М., «Недра», 1.975, с. 9 — 11.

4. Авторское свидетельство СССР № 373586, кл. G 01 N 5/02, 26.06.73.

958906

Составитель О. Чернуха

Редактор С. Запесочный Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 6764/57 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4